ipi110252
Post on 11-Feb-2018
218 Views
Preview:
TRANSCRIPT
7/23/2019 ipi110252
http://slidepdf.com/reader/full/ipi110252 1/6
-76- copyright @ DTE FT USU
ANALISIS PERBAIKAN FAKTOR DAYA BEBAN
RESISTIF,INDUKTIF,KAPASITIF GENERATOR SINKRON 3
FASA MENGGUNAKAN METODE POTTIER
Fahdi Ruamta Sebayang, A.Rachman HasibuanKonsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU)
Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA
e-mail: deckdie@gmail.com.
ABSTRAK
Generator sinkron merupakan mesin listrik yang merubah energi mekanis berupa putaran menjadi energi listrik
bolak balik (AC), Energi mekanis diberikan oleh penggerak mulanya. Sedangkan energi listrik bolak balik(AC) akan dihasilkan pada rangkaian jangkarnya. Dengan ditemukannya Generator Sinkron, telah memberikan
hubungan yang penting dalam usaha pemanfaatan energi yang terkandung dalam batu bara, gas, minyak, air
uranium kedalam bentuk yang bermanfaat yaitu listrik dalam rumah tangga dan industri. Dalam kondisi berbeban generator sinkron akan bervariasi tergantung pada faktor daya beban. Pada makalah ini penulis
membahas analisis perbaikan faktor daya beban resistif,induktif, dan kapasitif generator sinkron 3 fasamenggunakan metode potier. Pada perbaikan faktor daya dengan cos ɵ = 0,7 dan 0,8 didapat voltage regulation
nya sebesar 43,9% dan 29,6%. Sedangkan pada metode potier di dapat pada beban resistif: 13,8%, induktif :
25,38%, dan kapasitif: 0%.
Kata kunci: generator sinkron, penentuan tegangan terminal
1. Pendahuluan
Generator Sinkron merupakan mesin listrik
yang mengubah energi mekanis berupa putaranmenjadi energi listrik. Energi mekanis diberikan
oleh penggerak mulanya, sedangkan energi listrikakan dihasilkan pada rangkaian jangkarnya.
Dengan ditemukannya Generator Sinkron atauAlternator, telah memberikan hubungan yang
penting dalam usaha pemanfaatan energi yang
terkandung pada batu bara, air, minyak, gasuranium ke dalam bentuk yang bermanfaat danmudah digunakan yaitu listrik dalam rumah
tangga dan industri. Beban yang dipikulalternator dapat bersifat resistif, induktif, dan
kapasitif, yang ketiga beban tersebut memiliki
faktor daya yang berbeda.Untuk itu perlu dilakukan pengujian baik
berupa analisa perbandingan untuk ketiga bebantersebut terhadap regulasi tegangan dari sebuah
generator dengan menggunakan beberapa metodeyang digunakan untuk menghitung regulasi
tegangan pada generator sinkron. Tugas akhir ini
bertujuan untuk menganalisis perbaikan faktordaya beban dan pengaruh pembebanan resistif,
kapasitif, dan induktif terhadap regulasi tegangan
generator sinkron tiga fasa.[1]
2. Metode Potier ( Zero Power Factor ).
Metode ini berdasarkan pada pemisahankerugian akibat reaktansi bocor Xl dan pengaruhreaksijangkar Xa.dapat dilihat pada Gambar (1)
Gambar 1 Rangkaian ekivalen generator sinkron [5]Data yang diperlukan adalah:-
Karakteristik Tanpa beban.
-
Karakteristik Beban penuh dengan faktor
daya nol.
Khusus untuk karakteristik beban penuhdengan faktor daya nol dapat diperoleh dengan
cara melakukan percobaan terhadap generatorseperti halnya pada saat percobaan tanpa beban,yaitu menaikkan arus medan secara bertahap,
7/23/2019 ipi110252
http://slidepdf.com/reader/full/ipi110252 2/6
SINGUDA ENSIKOM VOL. 3 NO. 2/Agustus 2013
-77- copyright @ DTE FT USU
yang membedakannya supaya menghasilkanfaktor daya nol, maka generator harus diberi
beban reaktor murni. Arus jangkar dan faktor
daya nol saat dibebani harus dijaga konstan.dapatdilihat pada Gambar (2)
K
J
A
E
E0
0 H B G
K u r v a T a n p a
B e b a
n
K u r v a
B e b
a n P
e n u h
A r u s H u b u n g S i n g k a t
I
I Xi
Gambar 2 Diagram Metode SegiTiga [6]
Dari Gambar diagram Potier diatas, bisa dilihat
bahwa :
V nilai tegangan terminal saat beban penuh.V ditambah JF (I.X) menghasilkan tegangan E.
BH = AF = arus medan yang dibutuhkan untuk
mengatasi reaksi jangkar.
Bila vektor BH ditambah kan ke OG, maka besarnya arus medan yangdibutuhkan untuk tegangan tanpa beban E0 bisa
diketahui dengan persamaan:
%VR= (E0
VFL
)VFL 100
Diagram vektor potier juga dapat digambarkanterpisah seperti Gambar (3)
Gambar 3 Diagram Vektor Potier [6]
Dari Gambar di atas dapat diketahui bahwa :
a.) Untuk faktor daya lagging dengan sudut φ,vektor I digambarkan tertinggal dari V sebesar φ.
b.) Vektor IRa digambarkan sejajar denganvektor I dan IXL digambarkan tegak lurus
terhadap IRa.
c.) Garis OJ menunjukkan besar tegangan Edengan besar eksitasinya (garis OG) yang
digambarkan dengan sudut 90º terhadap E (garis
OJ).d.) Garis GI (garis BH = garis AF pada gambar
3.13) menunjukkan arus medan yang sebanding
dengan reaksi jangkar beban penuh dandigambarkan sejajar dengan vektor arus I.
e.) Garis OI menunjukkan eksitasi medan untuk
tegangan E0. Dimana, vektor E0 tertinggal
sebesar 90º terhadap garis OI.
f.) Garis JK menunjukkan jatuh tegangan akibat
reaktansi jangkar (IXL).[6]
3. Pengaruh Beban resistif,induktif,kapasitif Terhadap Faktor Daya Beban
Dalam sistem listrik AC/Arus Bolak-Balik
ada tiga jenis daya yang dikenal, khususnya
untuk beban yang memiliki impedansi (Z)
Daya semu dinyatakan dengan satuan Volt-Ampere (disingkat, VA), menyatakan kapasitas
peralatan listrik, seperti yang tertera pada
peralatan generator dan transformator. Pada suatuinstalasi, khususnya di pabrik/industri juga
terdapat beban tertentu seperti motor listrik, yang
memerlukan bentuk lain dari daya, yaitu dayareaktif (VAR) untuk membuat medan magnet
atau dengan kata lain daya reaktif adalah daya
yang terpakai sebagai energi pembangkitan flux
magnetik sehingga timbul magnetisasi dan dayaini dikembalikan ke sistem karena efek induksielektromagnetik itu sendiri, sehingga daya ini
sebenarnya merupakan beban (kebutuhan) padasuatu sistim tenaga listrik. Dapat dilihat pada
Gambar (4)
Gambar 4 Segitiga Daya [5]
7/23/2019 ipi110252
http://slidepdf.com/reader/full/ipi110252 3/6
SINGUDA ENSIKOM VOL. 3 NO. 2/Agustus 2013
-78- copyright @ DTE FT USU
Faktor daya atau faktor kerja adalah perbandingan antara daya aktif (watt) dengan
daya semu/daya total (VA), atau cosinus sudut
antara daya aktif dan daya semu/daya total (lihatGambar 4). Daya reaktif yang tinggi akan
meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya
faktor daya akan menjadi lebih rendah. Faktor
daya selalu lebih kecil atau sama dengan satu.Faktor daya menggambarkan sudut phasa antara
daya aktif dan daya semu. Faktor daya yangrendah merugikan karena mengakibatkan arus
beban tinggi. Perbaikan faktor daya inimenggunakan kapasitor.[4]
Dalam sebuah sumber arus bolak-balik, bila beban diaplikasikan bersifat resistif murni, maka
gelombang tegangan dan arus adalah sephasa
seperti diperlihatkan pada Gambar (5)
Gambar 5 Beban Resistif [5]
Beban yang bersifat induktif atau kapasitif
dapat menggeser titik persilangan nol antarategangan dan arus. Bila bebannya merupakan beban induktif persilangan nol gelombang arus
muncul beberapa saat set elah persilangan nol
gelombang tegangan muncul. Hal ini biasadikatakan sebagai arus tertinggal.seperti yang
ditunjukkan pada Gambar (6).
Gambar 6 Beban Induktif [5]
Sebaliknya untuk arus beban yang bersifatkapasitif, persilangan nol gelombang arus akan
muncul beberapa saat sebelum persilangan nol
gelombang tegangan. Hal ini biasa dikatakansebagai arus mendahului seperti yangditunjukkan pada Gambar (7)
Gambar 7 Beban Kapasitif [5]
Sebuah kapasitor daya atau yang dikenaldengan nama kapasitor bank harus mempunyaidaya Qc yang sama dengan daya reaktif dari
sistem yang akan diperbaiki faktor dayanya. Jikakeadaan ini dipenuhi, kapasitor akan
memperbaiki faktor daya menjadi bernilai
maksimum (faktor daya = 1). Besarnya dayareaktif yang diperlukan untuk mengubah faktordaya dari cos φ1 menjadi cos φ2 dapat ditentukan
dengan
∆Q = Peff
Tan (φ1
– φ2
) VARGambar (8) menunjukkan perbaikan faktor daya
Gambar 8 Perbaikan Faktor Daya [3]
∆C perphasa=∆
Dimana :φ1 : adalah faktor daya sebelum didiperbaikiφ2 :adalah faktor daya sesudah diperbaiki ∆C perphasa : Besar nilai kapasitor perphasa
∆Q : Jumlah daya rektif yang dibutuhkan untukmemperbaiki faktor daya (VAR)
4. Analisis Perbaikan Faktor Daya Beban
Induktif, Kapasitif, dan Resistif
Menggunakan Metode Potier
Untuk dapat melihat bagaimana pengaruh
perubahan beban terhadap regulasi tegangan
generator sinkron tiga fasa maka diperlukan beberapa percobaan yaitu:1. Percobaan tahanan jangkar2. Percobaan beban nol
3. Percobaan hubung singkat
4. Percobaan perkiraan faktor daya
5. Percobaan Z pf ( Zero power factor )6. percobaan berbeban
7/23/2019 ipi110252
http://slidepdf.com/reader/full/ipi110252 4/6
SINGUDA ENSIKOM VOL. 3 NO. 2/Agustus 2013
-79- copyright @ DTE FT USU
Parameter generator sinkron yang diperlukanadalah Xs dan Zs yang diperoleh dari percobaan
beban nol dan hubung singkat, sedangkan
tahanan jangkar R a tidak diabaikan. Parameter inidiperlukan untuk mendapatkan tegangan beban
nol untuk perhitungan regulasi tegangan.
Percobaan Menentukan Parameter GeneratorTiga Fasa
4.1 Percobaan Pengukuran Tahanan Jangkar
Data Percobaan
Tabel 1.Data Percobaan Pengukuran
Tahanan Jangkar
VDC IDC
6,2 3,14
DC R =
=
,, = 2,96 Ω
Dikarenakan tahanan jangkar akan
beroperasi pada tegangan AC maka R DC harus
dikali faktor koreksi yang harganya 1,1 s/d 1,5.
R AC= 1,3 x 2,96
= 3,84 Ω
Dari karekteristik beban nol dan hubung
singkat diatas, kita ambil salah satu nilai arus penguatan (If ), yaitu 120 mA karena pada nilai
arus penguat (If ) = 120 mA nilai arus jangkar
merupakan nilai arus nominal.Dimana, ketika If = 120 mA
Vt = 165 volt → dari karakteristik
beban nol (OCC)
Ia = 5,1 A →dari karakteristik hubungsingkat (SCC)
Maka, dapat diperoleh :
Zs = open-circuit
Ia(rated) =5,1
= 32,35 Ω
Xs = Z −
Xs = (32,35) − (3,84) , Xs = 32,12 Ω
4.2
Percobaan perbaikan faktor daya
PT
DC
1
MV1
S1
G
n
PTDC 2 PTDC 3
S3
A2 I f
S2
A1
A3
Cos Φ meter
V2
R1
S4
t
AA4
C
BC
S5
Tabel 2 Data Percobaan BerbebanSebelum Perbaikan Faktor Daya
Ia1 (A)Vt1
(Volt)Pout
(Watt)Torsi
(Gram)Cosφ1
1,6 99 197,5 150 0,72
1,8 90 207,6 150 0,74
2 92 229,4 150 0,72
Dari tabel (2) kita akan menentukan NilaiKapasitor untuk perbaikan faktor Perbaikan
Faktor Daya
Target faktor daya yang diinginkan adalah0,8 dan 0,9 untuk setiap nilai arus beban yang
digunakan sebagai objek pengambilan data.- Target Cos φ 0,8 ; φ = 36,86
0
∆C perphasa=∆
∆Q = P Tan (φ1 – φ2) VAR
= 197 Tan (43,950 – 36,86
0 )
= 24,5 VAR
∆C perphasa =,
, = 2,65
- Target Cos φ 0,9 ; φ = 25,840
∆Q = P Tan (φ1 – φ2) VAR= 197 Tan (43,95
0 – 25,84
0 )
= 64,42 VAR
∆C perphasa =,
, = 7
Dari hasil perhitungan diatas maka
dipakailah kapasitor yang dengan nilai 4 dan
8 untuk setiap arus beban yang telahditentukan.yang ditunjukkan pada tabel 3
Tabel 3 data percobaan sebelum perbaikan faktor daya
Ia (A)
Sebelum Perbaikan Faktor Daya
Cosφ1 VR (%) η (%) Pscl
1,6 0,72 43,9 87 29,5
1,8 0,74 54,2 84,97 37,3
2 0,72 60,4 83,27 46,08
7/23/2019 ipi110252
http://slidepdf.com/reader/full/ipi110252 5/6
SINGUDA ENSIKOM VOL. 3 NO. 2/Agustus 2013
-80- copyright @ DTE FT USU
Berikut ini akan dianalisis perbaikan faktor
daya VR(voltage regulation), efisiensi daya dan
cos ɵ masing2 dengan kapasitor 4 µF dan 8 µFyangditunjukkan pada tabel 4 sebagai berikut:
Tabel 4 Data setelah perbaikan faktor daya
Setelah Perbaikan Faktor Daya
VR (%) η (%) Pscl Cosφ2
29,6 90,87 18,28 0,81
40 88,4 31,36 0,84
44,15 87,4 36,5 0,85
Dari tabel 4 dapat dilihat bahwa nilai VR
dari 3 pembebanan yaitu beban resistif, induktifdan kapasitif dan dapat terlihat pada gambar 9dimana pada saat cos ɵ 0,8 lebih baik dari pada0,7 dikarenakan mendekati nol
Gambar 9 Kurva perbaikan faktor daya
4.3 Percobaan Zpf ( Zero Power Factor )
Tabel 5 Data percobaan zero power factor
Dari karakteristik beban nol dan karakteristik
Zpf yang telah didapat, maka dapat digambarkan
kurva segitiga potier dengan mengikuti langkah –
langkah yang telah disebutkan pada babsebelumnya.Dari data beban nol maka diperoleh OB = 0,12 A
Dari data percobaan zero power factor diperolehA = 0,34 A
AD = OB
IG = OH dengan sudut
-
180 – (90 + Ө) (untuk beban laging)
-
180 – (90 - Ө) (untuk beban leading)
-
90 (untuk beban unity)Maka diperoleh kurva potier seperti Gambar (10)
dibawah ini:
Gambar 10 Kurva PotierDari kurva diatas diperoleh nilai :
OG=0,24IG=0,02
Beban Resistif, cosφ = 1
If = 2 + + 2()() 90°=0,242 + 0,022 + 2(0,24)(0,02) 90°= 0,24A
Dari karekteristik beban nol untuk mendapatkan
E0 dengan If 0,24 A, E0 = 239 V
%8,13%100
210
210239VR
Beban Induktif , Cosφ = 0,7 Lagging , φ = 45,57
If =2 + + 2()() 180° − (90° + Ө)
=0,242 + 0,022 + 2(0,24)(0,02) 180° − (90° + 45,57)= 0,25 A
Dari karekteristik beban nol untuk
mendapatkan E0 dengan If 0,25 A dapatmenggunakan metode interpolasidengan If = 0,24 A maka diperoleh V = 239 Volt
If = 0,26 A maka diperoleh V = 245 VoltIf = 0,29 A
E0 = 239 +
x (245 - 239) = 242 V
%38,25%100193
193242
VR
Beban Kapasitif , Cosφ = 0,9 Lagging ,
φ = 25,84
If =2 + +2()() cos180° − (90° − Ө)
= 0,242 + 0,022 + 2(0,24)(0,02 180° − (90° − 25,84= 0,23 A
020406080
100120
1,6 1,8 2
V R ( % )
Ia (A)
Ia Vs VR (%)
cos θ = 0,8
Cos θ = 0,7
Cos φ VФ
1 210
0,7 Lag 193
0,9 Lead 235
7/23/2019 ipi110252
http://slidepdf.com/reader/full/ipi110252 6/6
SINGUDA ENSIKOM VOL. 3 NO. 2/Agustus 2013
-81- copyright @ DTE FT USU
Dari karekteristik beban nol untuk
mendapatkan E0 dengan If 0,23 A dapat
menggunakan metode interpolasi dengan:If = 0,22 A maka diperoleh V = 231 Volt
If = 0,24 A maka diperoleh V = 239 Volt
If = 0,23 A
E0 = 231 +
x (239 - 231)= 235 V
%0%100235
235235
VR
Dari metode potier yang digunakandiperoleh regulasi tegangan dengan arus beban
sebesar 5,1 A, Metode Potier Induktif : 25,38 %
Resistif : 13,8 % Kapasitif : 0 %
5. Kesimpulan
Dari hasil percobaan dan analisis data yang
telah dilakukan didapat kesimpulan sebagai
berikut :1. Dengan nilai pembebanan yang sama,
maka semakin baik faktor daya dari
beban yang dilayani oleh generatorsinkron maka semakin baik regulasi yang
dihasilkan. Hal ini dikarenakan semakin
baik faktor dayanya maka semakin kecilE0 yang dihasilkan dan semakin kecil
tegangan yang diterima oleh beban.
2. Regulasi tegangan dengan menggunakan
metode potier untuk beban resistif dankapasitif nya mendapatkan hasil yang
positif untuk beban induktif pada metode
potier mendapat nilai yang palingkecil.namun metode potier merupakan
metode yang paling akurat terhadap
semua metode yang ada.
6.
Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih kepada
Drs.Djakaria Sebayang dan Ruslina Sembiring
selaku orang tua penulis,Ir.A.Rachman Hasibuanselaku dosen pembimbing, juga Ir. EddyWarman, Ir. Syamsul Amin, M.Si dan Ir.Surya
Tarmizi Kasim M.si selaku dosen penguji penulis
yang sudah membantu penulis dalammenyelesaikan paper ini, serta teman-teman
penulis yang sudah memberikan dukunganselama pembuatan paper ini.
7. Daftar Pustaka
[1]. Chapman, Stephen J, ”Electric Machinery
Fundamentals”, 3rd Edition, Mc Graw –
Hill Book Company, Singapore, 1999.[2]. Sumanto, DRS, ” Motor Listrik Arus Bolak-
Balik ”, Edisi Pertama, Penerbit Andi Offset,
Yogyakarta, 1993.
[3] Thearaja B. L, A Teks-Book of ElectricalTechnology, Nurja Construction &
Development, New Delhi, 1989.[4] Wijaya, Mochtar, ”Dasar-Dasar Mesin
Listrik”, Penerbit Djambatan, Jakarta, 2001.
[5] Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan
Elektronika Daya, Edisi Ke-5, Gramedia,
Jakarta, 1995.[6] Bimbra,P.S,”Generalized Circuit Theory of
Electrical Machines”, Khanna Publisher,India, 1975.
top related